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2019年高中物理 第4章 核能章末歸納提升 魯科版選修3-5 核能 幾個重要的核反應(yīng) 核反應(yīng)式 與其相關(guān)的重要內(nèi)容 U→Th＋He α衰變實質(zhì)2H＋2n→He Th→Pa＋e β衰變實質(zhì)n→H＋e N＋He→O＋H 質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)(1919年) 盧瑟福 Be＋He→C＋n 中子的發(fā)現(xiàn)(1932年) 查德威克 Al＋He→P＋n 人工放射性同位素的發(fā)現(xiàn) 居里夫婦 P→Si＋e 正電子的發(fā)現(xiàn)(1934年) 居里夫婦 U＋n→Sr＋Xe＋10n U＋n→Ba＋Kr＋3n 重核的裂變 H＋H→He＋n 輕核的聚變 　核反應(yīng)有以下幾種情況：一是衰變，二是人工轉(zhuǎn)變，三是裂變，四是聚變．核反應(yīng)可用方程來表示，叫核反應(yīng)方程．完成下列核反應(yīng)方程，并指明它屬于何種核反應(yīng)． (1)92U→90Th＋(　　)屬________； (2)Be＋(　　)→6C＋n，屬________； (3)H＋H→He＋(　　)，屬________； (4)92U＋n→Sr＋54Xe＋(　　)，屬________． 【解析】　根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可判定： (1)中的未知核為He，該反應(yīng)屬衰變； (2)中的未知核為He，該反應(yīng)屬人工轉(zhuǎn)變； (3)中的未知核為n，該反應(yīng)屬于聚變； (4)中的未知核為10n，該反應(yīng)屬于裂變． 【答案】　見解析 1．(xx陜西師大附中檢測)1964年、1967年我國分別成功引爆了第一顆原子彈和氫彈，同時莊重承諾任何情況下決不首先使用核武器，決不向無核國家使用核武器．下列核反應(yīng)方程表示兩彈原理的是(　　) A.N＋He→O＋H B.U＋n→Sr＋Xe＋2n C.U→Th＋He D.H＋H→He＋n 【解析】　原子彈利用核裂變，而氫彈利用核聚變獲得巨大核能，故B項對應(yīng)原子彈的爆炸原理；D項對應(yīng)氫彈的爆炸原理；A項為人工核轉(zhuǎn)變；C項為核衰變反應(yīng)．故答案為B、D. 【答案】　BD 核能的產(chǎn)生及計算 1.獲得核能的途徑 (1)重核裂變：重核俘獲一個中子后分裂成為兩個(或多個)中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程，重核裂變的同時放出幾個中子，并釋放出大量核能．為了使鈾235裂變時發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)達(dá)到它的臨界體積． 重核的裂變：如U＋n→Sr＋Xe＋10n. 應(yīng)用：原子彈、原子反應(yīng)堆． (2)輕核聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程，同時釋放出大量的核能．要想使氘核和氚核合成氦核，必須達(dá)到幾百萬度以上的高溫，因此聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)． 輕核的聚變：如：H＋H→He＋n. 應(yīng)用：氫彈、可控?zé)岷朔磻?yīng)． 2．核能的計算 重核的裂變和輕核的聚變，存在質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，可以判斷兩種核反應(yīng)都會向外釋放能量，計算核能的方法如下： (1)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2是計算釋放核能多少的主要方法，質(zhì)量虧損Δm的確定是計算核能的關(guān)鍵． (2)核反應(yīng)中如無光子輻射，核反應(yīng)釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新核的動能和新粒子的動能。這種情況下的核能可由下列關(guān)系計算：反應(yīng)前總動能＋反應(yīng)過程中釋放的核能＝反應(yīng)后總動能． 　已知氘核質(zhì)量為2.013 6u，中子質(zhì)量為1.008 7u，He核的質(zhì)量為3.015 0 u. (1)寫出兩個氘核聚變成He的核反應(yīng)方程． (2)計算上述核反應(yīng)中釋放的核能． (3)若兩氘核以相等的動能0.35 MeV做對心碰撞，即可發(fā)生上述核反應(yīng)，且釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，則反應(yīng)中生成的He核和中子的動能各是多少？ 【解析】　(1)應(yīng)用質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒，不難寫出核反應(yīng)方程為H＋H→He＋n. (2)由題給條件可求出質(zhì)量虧損為： Δm＝[2.013 62－(3.015 0＋1.008 7)]u＝0.003 5 u 所以釋放的核能 ΔE＝931.50.003 5 MeV＝3.26 MeV. (3)因為該反應(yīng)中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，即轉(zhuǎn)化為He核和中子的動能，若設(shè)He核和中子的質(zhì)量分別為m1、m2，動量分別為p1、p2，動能分別為Ek1、Ek2，氚核的動能為Ek0，則由動量守恒及能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，得 p1－p2＝0① Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE② 由Ek＝得＝＝③ 由①②③得：Ek1＝(2Ek0＋ΔE)＝0.99 MeV. Ek2＝(2Ek0＋ΔE)＝2.97 MeV 【答案】　(1)H＋H→He＋n　(2)3.26 2．一個鈾核衰變?yōu)殁Q核時釋放出一個α粒子，已知鈾核質(zhì)量m1＝3.853 13110－25 kg，釷核質(zhì)量m2＝3.786 56710－25 kg，α粒子的質(zhì)量m3＝6.646 7210－27 kg，該衰變過程中釋放出的能量是多少焦耳？(保留兩位有效數(shù)字) 【解析】　鈾核衰變成釷核時的質(zhì)量虧損： Δm＝m1－(m2＋m3) ＝(3.853 131－3.786 567－0.066 467 2)10－25 kg ＝9.6810－30 kg. 所釋放的能量根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得： ΔE＝Δmc2＝9.6810－30(3.0108)2 J＝8.710－13 J. 【答案】　8.710－13 J